[发明专利]风速雷达

说明书

技术领域

本发明涉及通过透镜天线而发送、接收信号，测量大气层中的风向、风速分布等的风速雷达。

背景技术

以前，为气象观测、航空管制等目的而使用各种雷达装置。这些雷达装置是从天线向对象物照射微波等高频电波，接收来自该对象物的反射波，从而进行对象物的大小、形状、距离、移动方向、移动速度等的检测。例如，用于观测气象状态的气象雷达装置是对雨等的水滴照射电波，进行接收到的反射波的分析，从而检测降水域的大小、降水量等。

还有，进行直接受到来自地表的辐射/吸收的影响的大气层中的大气运动的观测，对于了解地球环境是非常重要的，作为其中的一环，是进行采用风速雷达的按高度的风向/风速分布的观测。该风速雷达为了测量风的方向(即风向)，最小限度是向天顶方向及相对于北、东各方位构成给定的天顶角θ的方位角方向的3方向辐射电波而进行测量。还有，在提高数据的可靠性时，向天顶方向及相对于北、南、东、西各方位构成给定的天顶角θ的方位角方向的5方向辐射电波而进行测量。

还有，作为这样的风速雷达的主要构成部件的天线的形式，以前是采用抛物面天线、相控阵列方式的天线。此处，为了简单进行各地的风速/风向的观测，要使风速雷达能简单地进行移动，需要装置整体的小型化、构造的简单化。因此，必须极力减少电路、零部件、电缆等而降低成本，但为了确保数据的同时性，电波的切换必须高速地进行。还有，从强风时的数据稳定性的观点来看，优选的是不易受到风压的构造，优选的是电波方向的天顶角θ可变。

此处，在利用抛物面天线作为风速雷达的主要构成部件的场合，采用以下两种形式。即，(a)使用3个抛物面天线的形式，(b)机械地驱动1个抛物面天线的形式。

(a)的形式是设置与天顶、北、东各方位对应的3个抛物面天线，切换各抛物面天线而进行观测的形式。可是，因为是排列设置3个具有1m以上直径的天线的形式，所以非常庞大，需要大的设置面积，受到设置场所的限制。因此，难以实现装置的小型化，成本也会变高。还有，抛物面天线是容易受到风压的构造，所以在台风等强风时，由于风的影响，天线会摇曳，对观测数据带来影响。因此，缺乏数据的准确性、稳定性。再有，抛物面天线是固定设置的，所以不能容易地变更电波方向的天顶角θ。

(b)的形式的场合，是通过旋转移动，在各种观测方向都能使抛物面天线的开口面对应，所以对于所有方位，设置1台抛物面天线即可。因此，不像上述(a)的形式那样庞大。可是，为了把具有1m以上直径的大天线倾斜，将其驱动到目的方位而固定，对于天线，需要极大的天线支撑机构、控制机构。因此，装置必然会大型化。还有，因为是进行机械操作来改变天线的方向的方式，所以方位的切换需要长的时间。因此，不能得到各方位间的观测数据的同时性，不能对应剧烈的气象变化。再有，与(a)的形式的场合一样，在台风等强风时缺乏数据的准确性、稳定性，这是存在的问题。

相控阵列方式的天线是可通过改变单元天线的供电信号的相对相位而任意地控制指向性，即所发送接收的电波的发送接收方向的天线。并且，采用按平面状排列许多单元天线来形成，统一所发送接收的方向的电波的相位面的方式。因此，预先连接有移相器，移相器把给定的相位量给予各单元天线，使单元天线的相位按照单元天线所配置的位置而变化。

该相控阵列方式的天线，因为天线面是平面，并且与地面平行，所以不易受到风的影响，即使是强风时也能取得稳定数据。还有，因为是控制各单元天线的相位来切换波束方位，所以能进行高速切换。

在利用相控阵列方式的天线作为风速雷达的主要部件的场合，作为满足风速雷达的特性的条件，例如，所发送接收的电波的天线增益必须为30dBi以上。可是，为了满足该条件，需要排列100个以上的单元天线。还有，需要在每个单元天线上连接一个波束方位的切换所需的移相器，这些移相器需要控制电路、控制线等，控制电路、控制线等用于通过移相器来改变必要的相位量。因此，风速雷达的构造极为复杂。再有，因为天线由多个单元天线构成，所以发送、接收器也需要有多个，相控阵列方式的天线的成本非常高。